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Java经典面试题汇总:JVM

2024-11-15 来源：个人技术集锦

1. 说一下 JVM 的主要组成部分？及其作用？

  • 类加载器（ClassLoader）运
  • 行时数据区（Runtime Data Area）
  • 执行引擎（Execution Engine）
  • 本地库接口（Native Interface）

组件的作用： 首先通过类加载器（ClassLoader）会把 Java 代码转换成字节码，运行时数据区（Runtime Data Area）再把字节码加载到内存中， 而字节码文件只是 JVM 的一套指令集规范，并不能直接交给底层操作系统去执行， 因此需要特定的命令解析器执行引擎（Execution Engine），将字节码翻译成底层系统指令，再交由 CPU 去执行， 而这个过程中需要调用其他语言的本地库接口（Native Interface）来实现整个程序的功能。

2. 说一下 JVM 运行时数据区？

不同虚拟机的运行时数据区可能略微有所不同，但都会遵从 Java 虚拟机规范， Java 虚拟机规范规定的区域分为以下 5 个部分：

  • 程序计数器（Program Counter Register）：当前线程所执行的字节码的行号指示器，字节码解析器的工作是通过改变这个计数器的值，来选取下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能，都需要依赖这个计数器来完成；
  • Java 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）：用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息；
  • 本地方法栈（Native Method Stack）：与虚拟机栈的作用是一样的，只不过虚拟机栈是服务 Java 方法的，而本地方法栈是为虚拟机调用 Native 方法服务的；
  • Java 堆（Java Heap）：Java 虚拟机中内存最大的一块，是被所有线程共享的，几乎所有的对象实例都在这里分配内存；
  • 方法区（Methed Area）：用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译后的代码等数据。

3. 说一下堆栈的区别？

功能方面：堆是用来存放对象的，栈是用来执行程序的。

共享性：堆是线程共享的，栈是线程私有的。

空间大小：堆大小远远大于栈。

4. 解释内存中的栈(stack)、堆(heap)和静态区(static area)的用法

通常我们定义一个基本数据类型的变量，一个对象的引用，还有就是函数调用的现场保存都使用内存中的栈空间；而通过new关键字和构造器创建的对象放在堆空间；程序中的字面量（literal）如直接书写的100、”hello”和常量都是放在静态区中。栈空间操作起来最快但是栈很小，通常大量的对象都是放在堆空间，理论上整个内存没有被其他进程使用的空间甚至硬盘上的虚拟内存都可以被当成堆空间来使用。

5. 类的生命周期

类的生命周期包括这几个部分，加载、连接、初始化、使用和卸载，其中前三部是类的加载的过程。

  • 加载，查找并加载类的二进制数据，在Java堆中也创建一个java.lang.Class类的对象
  • 连接，连接又包含三块内容：验证、准备、初始化。 1）验证，文件格式、元数据、字节码、符号引用验证； 2）准备，为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值； 3）解析，把类中的符号引用转换为直接引用
  • 初始化，为类的静态变量赋予正确的初始值
  • 使用，new出对象程序中使用
  • 卸载，执行垃圾回收

6. Java对象创建过程

深入理解Java对象的创建过程

7. 怎么判断对象是否可以被回收？

一般有两种方法来判断：

  • 引用计数器：为每个对象创建一个引用计数，有对象引用时计数器 +1，引用被释放时计数 -1，当计数器为 0 时就可以被回收。它有一个缺点不能解决循环引用的问题；
  • 可达性分析：从 GC Roots 开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链。当一个对象到 GC Roots 没有任何引用链相连时，则证明此对象是可以被回收的。

8. 什么是类加载器？

对于任意一个类，都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立在 JVM 中的唯一性，每一个类加载器， 都有一个独立的类名称空间。类加载器就是根据指定全限定名称将 class 文件加载到 JVM 内存，然后再转化为 class 对象。

类加载器分类： 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader），是虚拟机自身的一部分，用来加载Java_HOME/lib/目录中的，或者被 -Xbootclasspath 参数所指定的路径中并且被虚拟机识别的类库；

其他类加载器： 扩展类加载器（Extension ClassLoader）：负责加载\lib\ext目录或Java. ext. dirs系统变量指定的路径中的所有类库； 应用程序类加载器（Application ClassLoader）。负责加载用户类路径（classpath）上的指定类库，我们可以直接使用这个类加载器。 一般情况，如果我们没有自定义类加载器默认就是用这个加载器。

9. 什么是双亲委派模型？

双亲委派模型：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成， 每一层的类加载器都是如此，这样所有的加载请求都会被传送到顶层的启动类加载器中，只有当父加载无法完成加载请求 （它的搜索范围中没找到所需的类）时，子加载器才会尝试去加载类。

10. 说一下类装载的执行过程？

类装载分为以下 5 个步骤：

  • 加载：根据查找路径找到相应的 class 文件然后导入；
  • 检查：检查加载的 class 文件的正确性；
  • 准备：给类中的静态变量分配内存空间；
  • 解析：虚拟机将常量池中的符号引用替换成直接引用的过程。符号引用就理解为一个标示，而在直接引用直接指向内存中的地址；
  • 初始化：对静态变量和静态代码块执行初始化工作。

11. Java 中都有哪些引用类型？

  • 强引用：发生 gc 的时候不会被回收。
  • 软引用：有用但不是必须的对象，在发生内存溢出之前会被回收。
  • 弱引用：有用但不是必须的对象，在下一次GC时会被回收。
  • 虚引用（幽灵引用/幻影引用）：无法通过虚引用获得对象，用 PhantomReference 实现虚引用，虚引用的用途是在 gc 时返回一个通知。

12. JVM 有哪些垃圾回收算法？

  • 标记-清除算法：标记无用对象，然后进行清除回收。缺点：效率不高，无法清除垃圾碎片。
  • 标记-整理算法：标记无用对象，让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清除掉端边界以外的内存。
  • 复制算法：按照容量划分二个大小相等的内存区域，当一块用完的时候将活着的对象复制到另一块上，然后再把已使用的内存空间一次清理掉。缺点：内存使用率不高，只有原来的一半。
  • 分代算法：根据对象存活周期的不同将内存划分为几块，一般是新生代和老年代，新生代基本采用复制算法，老年代采用标记整理算法。

13. JVM 有哪些垃圾回收器？

  • Serial收集器，串行收集器是最古老，最稳定以及效率高的收集器，可能会产生较长的停顿，只使用一个线程去回收。
  • ParNew收集器，ParNew收集器其实就是Serial收集器的多线程版本。
  • Parallel收集器，Parallel Scavenge收集器类似ParNew收集器，Parallel收集器更关注系统的吞吐量。
  • Parallel Old 收集器，Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多线程和“标记－整理”算法
  • CMS收集器，CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。G
  • 1收集器，G1 (Garbage-First)是一款面向服务器的垃圾收集器,主要针对配备多颗处理器及大容量内存的机器. 以极高概率满足GC停顿时间要求的同时,还具备高吞吐量性能特征

14. 简述分代垃圾回收器是怎么工作的？

分代回收器有两个分区：老生代和新生代，新生代默认的空间占比总空间的 1/3，老生代的默认占比是 2/3。 新生代使用的是复制算法，新生代里有 3 个分区：Eden、To Survivor、From Survivor，它们的默认占比是 8:1:1，

它的执行流程如下： 把 Eden + From Survivor 存活的对象放入 To Survivor 区； 清空 Eden 和 From Survivor 分区； From Survivor 和 To Survivor 分区交换，From Survivor 变 To Survivor，To Survivor 变 From Survivor。

每次在 From Survivor 到 To Survivor 移动时都存活的对象，年龄就 +1，当年龄到达 15（默认配置是 15）时，升级为老生代。大对象也会直接进入老生代。 老生代当空间占用到达某个值之后就会触发全局垃圾收回，一般使用标记整理的执行算法。以上这些循环往复就构成了整个分代垃圾回收的整体执行流程。

15. 说一下 JVM 调优的工具？

JDK 自带了很多监控工具，都位于 JDK 的 bin 目录下，其中最常用的是 jconsole 和 jvisualvm 这两款视图监控工具，第三方有：MAT(Memory Analyzer Tool)、GChisto。

  • jconsole：用于对 JVM 中的内存、线程和类等进行监控；
  • jvisualvm：JDK 自带的全能分析工具，可以分析：内存快照、线程快照、程序死锁、监控内存的变化、gc 变化等。
  • MAT，Memory Analyzer Tool，一个基于Eclipse的内存分析工具，是一个快速、功能丰富的Java heap分析工具，它可以帮助我们查找内存泄漏和减少内存消耗
  • GChisto，一款专业分析gc日志的工具

16. 你有没有遇到过OutOfMemory问题？常见的原因有哪些？

  • 内存加载的数据量太大：一次性从数据库取太多数据；　　
  • 集合类中有对对象的引用，使用后未清空，GC不能进行回收；
  • 代码中存在循环产生过多的重复对象；
  • 启动参数堆内存值小。

17. StackOverflow异常有没有遇到过？⼀般你猜测会在什么情况下被触发？

栈内存溢出，一般由栈内存的局部变量过爆了，导致内存溢出。出现在递归方法，参数个数过多，递归过深，递归没有出口。

18. 调优命令

  • Sun JDK监控和故障处理命令有jps jstat jmap jhat jstack jinfo
  • jps，JVM Process Status Tool,显示指定系统内所有的HotSpot虚拟机进程。
  • jstat，JVM statistics Monitoring是用于监视虚拟机运行时状态信息的命令，它可以显示出虚拟机进程中的类装载、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据。
  • jmap，JVM Memory Map命令用于生成heap dump文件
  • jhat，JVM Heap Analysis Tool命令是与jmap搭配使用，用来分析jmap生成的dump，jhat内置了一个微型的HTTP/HTML服务器，生成dump的分析结果后，可以在浏览器中查看
  • jstack，用于生成java虚拟机当前时刻的线程快照。
  • jinfo，JVM Configuration info 这个命令作用是实时查看和调整虚拟机运行参数。

19. 常用的 JVM 调优的参数都有哪些？

  • -Xms2g：初始化推大小为 2g；
  • -Xmx2g：堆最大内存为 2g；
  • -XX:NewRatio=4：设置年轻的和老年代的内存比例为 1:4；
  • -XX:SurvivorRatio=8：设置新生代 Eden 和 Survivor 比例为 8:2；
  • –XX:+UseParNewGC：指定使用 ParNew + Serial Old 垃圾回收器组合；
  • -XX:+UseParallelOldGC：指定使用 ParNew + ParNew Old 垃圾回收器组合；
  • -XX:+UseConcMarkSweepGC：指定使用 CMS + Serial Old 垃圾回收器组合；
  • -XX:+PrintGC：开启打印 gc 信息；
  • -XX:+PrintGCDetails：打印 gc 详细信息。

总结
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